Física, Ciência da Terra e do Céu

História da descoberta da corrente eléctrica

A História da electricidade tem seu início no século VI a.C., na Grécia Antiga, quando o filósofo Thales de Mileto, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídos pelo próprio âmbar.

Do âmbar (grego élektron) surgiu o nome electricidade. Tal observação iniciou o estudo de uma nova ciência derivada desse atracão. Os estudos de Thales foram continuados por diversas personalidades.

Em 1600, William Gilbert, médico da rainha Elizabeth I, mostrou que o efeito eléctrico não é exclusivo do âmbar, mas que muitas outras substâncias podem ser carregadas electricamente ao serem esfregadas.

Em 1729 Stephen Gray observou que era capaz de transferir a carga eléctrica de um bastão de vidro para uma bola de marfim pendurada por um barbante. Porém a transferência de carga não ocorria se a bola era pendurada por um fio metálico. Daí concluiu que o metal "levava embora" o fluido (carga). Gray concluiu que a maior parte das substâncias podem ser classificadas de condutoras ou isolantes. Os condutores, como por exemplo os metais e soluções iónicas, permitem o fluxo livre do fluido, enquanto os isolantes, como por exemplo a madeira, borracha, seda e vidro, não permitem o fluxo do fluido.

Em 1733Charles du Faye, propôs que existem dois tipos de cargas (negativas e positivas) que são observáveis como "fluxos eléctricos", e que as cargas com o mesmo sinal se repelem enquanto as cargas com sinais diferentes se atraem (leis qualitativas de cargas eléctricas).

Por volta de 1750 Benjamin Franklin propôs que um único tipo de fluido flui de um corpo para o outro pela fricção, designando de positivamente carregado o corpo que acumulou fluido e negativamente carregado o corpo que perdeu fluido. Franklin realizou também a seguinte experiência: colocou duas pessoas, A e B, sobre um pedestal coberto de graxa para evitar a perda de carga. Depois de carregar um deles com o bastão de vidro e o outro com o pano de seda, observou que um terceiro indivíduo, C, aproximando-se de qualquer um deles causava o aparecimento de uma faísca. Contudo se A e B se tocavam, não havia faísca. Franklin concluiu que as cargas armazenadas no bastão de vidro e na seda eram de mesma amplitude mas de sinais opostos e propôs ainda que a carga nunca é criada ou destruída, mas simplesmente transferida de um corpo para o outro. Hoje chamamos a esta propriedade de Conservação da Carga.

Durante todo o século XVIII uma série de experiências foram realizadas, mas as observações eram meramente qualitativas. O primeiro passo importante na quantificação das forças eléctricas foi dado pelo químico Joseph Priestley, descobridor do oxigênio, em 1766. Poucos anos antes, Benjamin Franklin havia realizado a seguinte experiência. Era conhecido que um copo metálico carregado era capaz de atrair um pequeno corpo descarregado e que este corpo neutro se carregava prontamente em contacto com a superfície externa do copo. Contudo, ao suspender uma pequena esfera de cortiça no interior de um copo metálico tapado carregado, constatou que não actuava nenhuma força sobre a cortiça. E ainda, colocando o corpúsculo em contacto com a superfície interna do copo, ele não se carregava.

A pedido de Franklin, Priestley confirmou tal resultado. A única força conhecida à época era a força da gravidade, proporcional a 1/r². Sabia- se também que a força no centro de uma distribuição de massa na forma de uma calota esférica seria nula.

Por analogia Priestley propôs que a força eléctrica deveria ser proporcional a 1/r². Contudo, o trabalho definitivo sobre as forças eléctricas é creditado a Charles Auguste Coulomb. Em 1785 Coulomb realizou o seguinte experimento. Ele carregou com uma quantidade de carga Q uma pequena bola de seiva vegetal recoberta de ouro. Tocando-a com uma outra bola idêntica, sabia que cada uma delas ficaria com metade da carga (Q/2). Coulomb descobriu que, mantendo as cargas constantes, a força é proporcional a 1/r2, enquanto que mantendo a distância fixa, a força é proporcional ao produto das cargas. Ou seja:

F = kqQ/r2

Durante o século XVIII os conceitos de diferença de potencial e corrente elétrica foram sendo desenvolvidos aos poucos. Contudo, um estudo mais sistemático da correlação entre estas duas grandezas era dificultado por uma série de razões. Uma das razões era a inexistência de uma fonte de corrente contínua.

Até 1800, a única forma para produzir uma corrente eléctrica era descarregar uma garrafa de Leyden ("Leydenjarr") através de um condutor. Naturalmente isto produzia apenas uma corrente transitória. Não se sabia também se o condutor era apenas um caminho através do qual passa o "fluido" eléctrico ou se exercia algum outro papel activo. Além disso não existiam instrumentos de medidas de grandezas eléctricas. Os investigadores precisavam usar seu corpo, língua e olhos como detectores.

Em 1780 Luigi Galvani, fisiologista italiano, descobriu a "electricidade animal" e realizava experiências sobre os efeitos da descarga eléctrica através de tecidos animais, usando geradores electrostáticos. Ele havia dissecado um sapo e ocorreu de estar tocando num nervo com um bisturi quando um gerador nas proximidades produziu uma descarga eléctrica. Isto fez com que os músculos do sapo se contraíssem, mesmo sem haver contato elétrico entre o gerador e o bisturi, ou seja, por indução, um fenômeno que era desconhecido a Galvani.

Ao invés de ater-se à indução, no entanto, Galvani resolveu usar esta descoberta para outro fim. Ele observou que as pernas de um sapo pendurado por um nervo se contraíam quando ocorria um relâmpago e decidiu tentar medir a eletricidade existente com tempo bom e seco (fair-weatherfield), que era sabido existir. Ele prendeu a espinha do sapo num gancho de latão e pendurou o sapo numa grade de ferro. Quando nada ocorria por um bom tempo ele se impacientou e, enquanto remexia no arranjo, inadvertidamente tocou o gancho na grade, quando começou a observar uma série de contrações dos músculos do sapo.

O mesmo efeito foi observado quando o sapo foi colocado sobre uma mesa de ferro e o gancho foi colocado em contato com a mesa. Mais tarde ele descobriu que outros pares de metais, como por exemplo Cu e Zn, eram também capazes de causar estas contrações. Ele publicou os resultados em 1791 e chamou o fenômeno de "eletricidade animal".

Alessandro Volta, da Universidade de Pavia, repetiu os experimentos e inicialmente aceitou a idéia da "eletricidade animal". Ele observou que quando duas tiras de metal – como por exemplo, prata e zinco – eram unidas e as outras extremidades eram colocadas em contato com a língua, uma sensação definida de "gosto" era produzida. Volta, de fato, usou o gosto para classificar as propriedades elétricas dos metais.

Em 1796 ele descobriu que placas de Cu e Zn ficam carregadas pelo mero contato dos dois metais. Ele finalmente concluiu que o efeito dependia do uso de diferentes metais e que o tecido animal funcionava apenas como um meio condutor entre os dois. Numa tentativa de amplificar o efeito, empilhou vários discos de Zn e Cu, mas não observou nenhum aumento do efeito.

A capacidade de enguias eléctricas produzir choques eléctricos era conhecida desde a época dos gregos. Volta sabia também que os órgãos eléctricos destes animais possuíam uma estrutura laminar (de várias camadas) intercaladas por fluido. Ele se valeu dessa evidência e separou os pares de discos de Zn e Cu com papel ensopado por solução salina ou ácida. Com este arranjo ele pôde produzir várias centelhas e incandescer fios metálicos.

Em 1799 Volta, anunciou o invento da "pilha voltaica", que pela primeira vez permitiu gerar uma corrente contínua, o que foi de importância fundamental para o estudo futuro do eletromagnetismo.

A primeira distinção entre condutor e isolante havia sido feita por Stephen Gray, em 1729, conforme já foi descrito. Um avanço importante na determinação da condutividade foi dada por Henry Cavendish, em 1772. Ele usou seu próprio corpo como um detetordo choques produzido pela descarga de uma garrafa de Leydan. Por exemplo, ele descarregou a garrafa através de tubos preenchidos com água potável ou com água do mar e ajustou o comprimento dos tubos até que a sensação de choque fosse a mesma nos dois casos, concluindo que a água do mar é 720 vezes mais condutora que a água potável.

. Em 1827 Georg Simon Ohm conseguiu demonstrar que a diferença de potencial através de um dispositivo é directamente proporcional à corrente através dele. É o que conhecemos hoje como a lei de Ohm. Dispositivos que seguem a lei de Ohm são conhecidos de ohmicos e aqueles que não seguem, de não- ohmicos.

As ciências da electricidade e magnetismo desenvolveram-se isoladamente, até que em 1820 Hans Christian Oersted encontrou uma conexão entre os dois fenómenos. Enquanto preparava uma aula, Oersted observou que uma corrente elétrica passando por um condutor era capaz de causar a deflexão na agulha da bússola. Surgia assim a ciência do electromagnetismo. Mais tarde Oersted descobriu também que um ímã é capaz de gerar uma força sobre um fio conduzindo corrente.

Michael Faraday realizou uma série de estudos experimentais e sobre estes dados trabalhou James Clerk Maxwell, que deu a forma matemática do electromagnetismo, as leis de Maxwell. A grande descoberta de Maxwell em electromagnetismo é a previsão de que a luz é uma onda electromagnética e que sua velocidade pode ser determinada por medidas puramente eléctricas e magnéticas.

Em 1879 Edwin H. Hall, efectuou a medida do que conhecemos hoje como efeito Hall, usando um condutor de cobre, e descobriu que a corrente eléctrica num metal é devido ao fluxo de um fluido que possui carga negativa. Provou ainda que, ao contrário do que Oersted sugerira, um campo magnético exerce a força sobre o fluido no condutor e não sobre o conduto.

Por volta de 1860 foi descoberto que uma grande diferença de potencial através de um ambiente contendo gás rarefeito causava fluoresência do gás. O aparato para estes estudos era contido em tubos de vidro. Quando a pressão era ainda mais baixa (10-3 mm de Hg) o tubo como um todo ficava escuro mas observavam-se feixes luminoso de cor azulada emanando do eletrodo negativo (catodo). Onde os "raios catódicos" invisíveis atingiam a superfície do tubo de vidro observava-se a fluorescência do vidro, que brilhava numa cor esverdeada ou azulada. Descobriu-se que o "raio catódico" caminhava em linha reta, pois plaquetas de mica posicionadas no caminho do feixe, produzia uma sombra na parede de vidro.

Nos idos de 1880 conhecia-se uma série de fatos: (1) o raio era defletido por um campo magnético como se fossem cargas negativa; (2) o raio era emitido perpendicularmente à placa do catodo, ao contrário da luz que era emitido para todas as direções; (3) o raio carregava momento (uma vez que era capaz de girar pequenas hélices) e energia (uma vez que era capaz de aquecer um corpo).

Em 1895, J. Perrin, na França, foi capaz de colectar os raios num cilindro e mostrar que eles carregavam cargas negativa. Com um campo magnético defletindo o raio, foi capaz de evitar a colecta de carga, mostrando que o "raio catódico" era constituído de partículas.

Durante os séculos XVII e XVIII acreditava-se que tanto a matéria quanto a carga elétrica fossem contínuas. Em 14 de dezembro de 1900, Max Planck apresentou o seu artigo "Sobre a teoria da lei da distribuição de energia do espectro normal" sobre a radiação térmica em que sugere pela primeira vez que esta radiação não seria um fluxo contínuo de energia, mas sim um fluxo de pacotes de energia. Este trabalho é considerado hoje a origem da física quântica clássica.

2. Processos de produção e transporte de energia eléctrica

As energias que usamos em nossas casas são produzidas em centrais eléctricas, fundamentalmente hidro eléctricas, termoeléctricas, nucleares e nas centrais solares e eólicas.

Em quaisquer centrais de produção de energia eléctrica, tem como bases fundamentais, uma corrente de água ou um vapor de água que se move a alta velocidade; as turbinas que possui rodas com pás; e os geradores que são neste caso alternadores.

O esquema de produção de corrente eléctrica é basicamente, o seguinte: a agua (ou vapor de agua) em circulação a alta velocidade faz rodar as pás da turbina; por sua vez, tem um veio central que está, também, ligado ao íman, obrigando-o a rodar conjuntamente; o movimento do íman provoca correntes induzidas no conjunto de bobinas dispostas à sua volta.

Ao fim e ao cabo, as centrais apenas são diferentes na sua concepção e, portanto, nos meios que utilizam para fazer mover as pás das turbinas e, por consequência, o alternador.

2.1- Centrais hidroeléctricas (Barragens)

A partir da energia de água em movimento, que, por sua vez, faz girar as turbinas ligadas capazes de transformar a energia de água em energia eléctrica. Entretanto, a água é conduzida de uma grande altura por enormes condutas transformando energia potencial em energia cinetica, geralmente muito inclinadas, no fim das quais estão estrategicamente colocadas as turbinas que dada velocidade com que a água chega a esse local, são levadas a rodar as suas pás também a alta velocidade, daqui a energia cinética é transformada em energia eléctrica. Através de fios e cabos a energia é distribuída, e antes de chegar nas casas e comércios é transformada em baixa tensão.

Figura 1: Esquema simplificado de funcionamento de uma central hidroeléctrica

2.3- Vantagens hidroeléctricas

Apesar do alto custo para a instalação de uma usina hidroeléctrica, o preço do seu combustível (a água) é zero. É uma fonte de energia renovável e não emite poluentes, contribuindo assim na luta contra o aquecimento global.

2.4- Desvantagens das centrais hidroeléctricas

ü Inundam áreas extensas de produção de alimentos e florestas;

ü Alteram fortemente o ambiente e com isso prejudicam muitas espécies de seres vivos, exemplo: interferem na migração e reprodução de peixes;

ü Alteram o funcionamento dos Rios;

ü Alteram a paisagem das margens pela indução de atividades humanas ligadas a presença dos reservatórios;

ü Geram resíduos nas atividades de manutenção de seus equipamentos;

ü Boa parte das florestas inundadas se decompõe produzindo metano, um gás que contribui para o efeito estufa.

ü O represamento do rio diminui o nível da água abaixo da represa; desabriga pessoas e animais; provoca;

ü Salinização da água (no semi-árido);

ü A inundação danifica sítios arqueológicos; indisponibiliza terras férteis; provoca pequenos tremores de terra, devido ao peso da água e às acomodações do terreno.

ü Provoca alterações climáticas que irão comprometer a fauna e flora que não se adaptarão a essas mudanças.

ü Provoca doenças e impede o crescimento da população ribeirinha, atrapalhando a vida das pessoas

2.4- Centrais termoeléctricas

A usina termoeléctrica é uma instalação industrial que produz energia a partir do calor gerado pela queima de combustíveis fósseis (como carvão mineral, óleo, gás, entre outros) . Essas usinas funcionam da seguinte maneira:

Primeiramente aquece-se uma caldeira com água, essa água será transformada em vapor, cuja força irá movimentar as pás de uma turbina que por sua vez movimentará um gerador. Uma maneira de se aquecer o caldeirão é através da queima de combustíveis fósseis (óleo, carvão, gás natural).

Após o vapor ter movimentado as turbinas ele é enviado a um condensador para ser resfriado e transformado em água líquida para ser reenviado ao caldeirão novamente, para um novo ciclo. Esse vapor pode ser resfriado utilizando água de um rio, um lago ou um mar, mas causa danos ecológicos devido ao aquecimento da água e consequentemente uma diminuição do oxigénio. Outra maneira de resfriar esse vapor é utilizando água armazenada em torres, por sua vez esta água é enviada em forma de vapor a atmosfera, alterando o regime de chuvas.

2.5- Desvantagens de centrais termooeléctricas

Um dos maiores problemas das usinas termoelétricas é a grande contribuição que elas têm com o aquecimento global através do efeito estufa e de chuvas ácidas, devido a queima de combustíveis.

Vantagens de centrais termoelectricas

Mas estas usinas não têm só desvantagens, as vantagens delas é que podem ser construídas próximas a centros urbanos, diminuindo as linhas de transmissões e desperdiçando menos energia. Também são usinas que produzem uma quantidade constante de energia eléctrica durante o ano inteiro, ao contrário das hidroeléctricas, que tem a produção dependente do nível dos rios.

Figura 2: Esquema simplificado de funcionamento de uma central termoeléctrica

2,6- Centrais nucleares

Central nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir electricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioactivos que através de uma reacção nuclear produzem calor. As centrais nucleares usam este calor para gerar vapor, que é usado para girar turbinas e produzir energia eléctrica.

As centrais nucleares apresentam um ou mais reactores, que são compartimentos impermeáveis à radiação, em cujo interior estão colocados barras ou outras configurações geométricas de minerais com algum elemento radioactivo (em geral o urânio). No processo de decomposição radioactiva, estabelece-se uma reacção em cadeia que é sustentada e moderada mediante o uso de elementos auxiliares, dependendo do tipo de tecnologia empregada.

Actualmente existem muitos tipos de centrais nucleares, porém as mais usadas são as PWR e as BWG.

2.6.1- PWR

As usinas nucleares de água pressurizada, também chamadas de PWR (pressurizad water reactors) mantem água sobre pressão para que ela esquente mas não evapore. Essa água em altíssima temperatura é então circulada por uma tubulação e então esquenta outro tanque de água. Esse segundo tanque garante que a água que entra de fora do sistema não entre em contacto com a água no interior do reactor, permanecendo assim limpa, pois a água de rios usadas para resfriar o reactor não é usada nem nas turbinas, ele é somente usada para resfriar o vapor de agua do segundo tanque após o mesmo já ter passado pelas turbinas.

2.6.2-BWR

As usinas nucleares de água fervida, também chamadas de BWR (boling water reacctors) faz com que a água que tem contacto com o reactor passe pelas turbinas diretamente, e seja resfriada externamente igual a água da usina PWR, porém o risco de contaminação, ainda assim muito pequeno, é maior do que em usinas PWR. Elas são menos eficientes do que sua irmã PWR.

2.6.3- Principio de Funcionamento

O combustível

Combustível desse tipo de reactor é grânulos de U235. O grânulo tem formato cilíndrico e não tem mais de 3 centímetros de comprimento e tem eficiência maior do que uma tonelada de carvão mineral. Esses grânulos são colocados em varas com aproximadamente 360 centímetros de comprimento, contendo mais de 200 deles.

O reactor

O processo de geração de energia tem início quando os átomos de urânio são partidos pelo processo de fissão. Quando o átomo de U235 é atingido por um neutrão, ele se torna U236 que quando é fissurado, ele se divide em dois outros átomos mais leves como o par bário e criptônio, e libera 3 neutrões. Esses 3 neutrões por sua vez atingem outros átomos de U253, repetindo o ciclo em quanto houver material fissuravel no reactor. A reacção pode ser controlada de diversas formas, como por exemplo varas de controle, que são feitas para absorverem os neutros, e diminuir a velocidade, ou até parar totalmente, a fissão dos átomos de U235.

O pressurizador

O calor produzido no reactor é transferido para o primeiro sistema de resfriamento, a água nesse sistema é aquecida até os 320 Celsius mas não evapora pois está sobre pressão.

O gerador

No caso das usinas PWB a água quente vinda do reactor passa por muitos canos para aquecer a agua de um segundo tanque. A água desse tanque não está sobre tanta pressão e evapora, passando por turbinas que ao serem giradas produzem grandes quantidades de electricidade. O vapor de água do Segundo tanque então passa por uma série de tubulações até ser resfriada pela água proveniente de fora do sistema, seja ela de rios, mares ou lagos. Não há contaminação da água vinda do ambiente pois essa não entra em contacto com o reactor e volta para o ambiente logo após ser usada para resfriar o vapor das turbinas.

Se a usina for do tipo BWR o segundo tanque não existe e a agua do reactor é a mesma que passa pelas turbinas e a mesma que é resfriada pala agua do sistema externo. O risco de contaminação nesse reactor é maior do que em reactores PWR, porém isso não é significativo suficiente para que eles sejam considerados inseguros

2.6.7- Vantagens da Energia Nuclear

ü É um combustível mais barato que muitos outros como por exemplo o petróleo, o consumo e a procura ao petróleo fizeram com que o seu preço disparasse, fazendo assim, com que o urânio se tornasse um recurso, comparativamente com o petróleo, um recurso de baixo custo.

ü É uma fonte mais concentrada na geração de energia, um pequeno pedaço de urânio pode abastecer uma cidade inteira, fazendo assim com que não sejam necessários grandes investimentos no recurso.

ü Não causa nenhum efeito de estufa ou chuvas ácidas;

ü É fácil de transportar como novo combustível;

ü Tem uma base científica extensiva para todo o ciclo.

ü É uma fonte de energia segura, visto que até a data só existiram dois acidentes mortais.

ü Permite reduzir o défice comercial.

ü Permite aumentar a competitividade.

2.6.4- Desvantagens da Energia Nuclear

Apesar das suas vantagens esta energia também tem as suas desvantagens

ü Ser uma energia não renovável, como referido anteriormente, torna-se uma das desvantagens, visto que o recurso utilizado para produzir este tipo de energia se esgotará futuramente.

ü As elevadas temperaturas da água utilizada no aquecimento causa a poluição térmica pois esta é lançada nos rios e nas ribeiras, destruindo assim ecossistemas e interferindo com o equilíbrio destas mesmas.

ü O risco de acidente, visto que qualquer falha humana, ou técnica poderá causar uma catástrofe sem retorno, mas actualmente já existem sistemas de segurança bastante elevados, de modo a tentar minimizar e evitar que estas falhas existam, quer por parte humana, quer por parte técnica.

ü A formação de resíduos nucleares perigosos e a emissão causal de radiações causam a poluição radioactiva, os resíduos são um dos principais inconvenientes desta energia, visto que actualmente não existem planos para estes resíduos, quer de baixo ou alto nível de radioactividade, estes podem ter uma vida até 300 anos após serem produzidos podendo assim prejudicar as gerações vindouras.

ü Pode ser utilizada para fins bélicos, para a construção de armas nucleares, está foi uma das primeiras utilizações da energia nuclear, os fins bélicos são a grande preocupação nível mundial, porque projectos nucleares como o do Irão, que ameaçam a estabilidade económica e social.

ü Ser uma energia cara, visto que tanto o investimento inicial, como posteriormente a manutenção das energias nucleares são de elevados custos, até mesmo o recurso minério, visto que existem países que não o possuem, ou não em grande abundância, tendo assim, que comprar a países externos.

Figura 3: Esquema simplificado de funcionamento de uma central nuclear

2.7- Centrais solares

Central solar é uma estrutura capaz de produzir energia eléctrica a partir da energia solar

Sua configuração mais comum é de um conjunto de espelhos móveis espalhados por uma ampla área plana e desimpedida, que apontam todos para um mesmo ponto, situado no alto de uma torre. Neste ponto, canalizações de água são aquecidas pela incidência da luz solar, produzindo vapor que move uma turbina a vapor e que aciona um gerador de energia eléctrica.

A central solar é uma forma de obtenção de energia ecológica, pois capta a luz do Sol e a transforma em energia, sem causar danos ao meio ambiente, apesar de exigir que o local de sua instalação seja aplainado e liberado de obstáculos. Geralmente suas instalações se situam em regiões ensolaradas, de pouca nebulosidade. Por vezes se situam em clima seco, onde não existe volume de água suficiente, para manter em funcionamento uma hidroeléctrica convencional.

Porém esta usina não funciona a noite, e ao nascer do Sol e no poente, sua eficiência cai drasticamente. Sua utilização ainda é apenas relegada a um segundo plano, apenas fornecendo energia elétrica suplementar a redes de distribuição.

De todos os países europeus, Portugal é o país com mais horas de sol anuais, logo tem excelentes condições para utilizar esta energia renovável.Também em Portugal que se localizam as duas maiores usinas/centrais solares do mundo.

2.8- Energia eólica

Energia eólica é a transformação da energia do vento em energia útil, tal como na utilização de aerogeradores para produzir eletricidade, moinhos de vento para produzir energia mecânica ou velas para impulsionar veleiros. A energia eólica, enquanto alternativa aos combustíveis fósseis, é renovável, está permanentemente disponível, pode ser produzida em qualquer região, é limpa, não produz gases de efeito de estufa durante a produção e requer menos terreno. O impacto ambiental é geralmente menos problemático do que o de outras fontes de energia.

Os parques eólicos são conjuntos de centenas de aerogeradores individuais ligados a uma rede de transmissão de energia eléctrica. Os parques eólicos de pequena dimensão são usados na produção de energia em áreas isoladas. As companhias de produção elétrica cada vez mais compram o excedente elétrico produzido por aerogeradores domésticos. Existem também parques eólicos ao largo da costa, uma vez que a força do vento é superior e mais estável que em terra e o conjunto tem menor impacto visual, embora o custo de manutenção seja bastante superior. Em 2010, a produção de energia eólica era responsável por mais de 2,5% da electricidade consumida à escala global, apresentando taxas de crescimento na ordem dos 25% por ano. A energia eólica faz parte da infra-estrutura eléctrica em mais de oitenta países.

A energia do vento é bastante consistente ao longo de intervalos anuais, mas tem variações significativas em escalas de tempo curtas. À medida que cresce a proporção de energia eólica numa determinada região, torna-se necessário aumentar a capacidade da rede de modo a absorver os picos de produção, através do aumento da capacidade de armazenamento, e de recorrer à importação e exportação de electricidade para regiões adjacentes quando há menos procura ou a produção eólica é insuficiente. As previsões meteorológicas auxiliam o ajustamento da rede de acordo com as variações de produção previstas.

A energia eólica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente porque é renovável, ou seja, não se esgota, limpa, amplamente distribuída globalmente e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito estufa. Em países como o Brasil, que possuem uma grande malha hidrográfica, a energia eólica pode se tornar importante no futuro, porque ela não consome água, que é um bem cada vez mais escasso e que também vai ficar cada vez mais controlado. Em países com uma malha hidrográfica pequena, a energia eólica passa a ter um papel fundamental já nos dias actuais, como talvez a única energia limpa e eficaz nesses locais. Além da questão ambiental, as turbinas eólicas possuem a vantagem de poderem ser utilizadas tanto em conexão com redes eléctricas como em lugares isolados, não sendo necessário a implementação de linhas de transmissão para alimentar certas regiões (que possuam aerogeradores).

A tecnologia de instalação da geração eólica pode ser onshore (em terra) ou offshore (marítima), na tecnologia offshore o custo de instalação é mais elevado comparado com onshore, contudo na offshore o potencial de geração é maior. Por este motivo a tecnologia offshore é utilizada em países com pequena extensão territorial ou com pouco espaço disponível para as instalações em terra.

O sistema de geração de energia elétrica pode ser on-grid (interligado à rede) ou off-grid (isolado da rede). No sistema on-grid a geração de energia é interligada à rede elétrica do Sistema Interligado Nacional (SIN) o qual é mais utilizado comercialmente. Já no sistema off-grid a geração é isolada da rede convencional trabalhando de forma autônoma, aplicado em regiões rurais ou marítimas afastadas em que não é viável traspor linhas de transmissão.

Figura 4: Uma Central Eolica

A produção de energia eléctrica através de energia eólica tem várias vantagens das quais podemos ressaltar as principais. É uma fonte renovável, não emite gases de efeito estufa, gases poluentes e nem gera resíduos na sua operação, o que a torna uma fonte de energia de baixíssimo impacto ambiental. Os parques eólicos (ou fazendas eólicas) são compatíveis com os outros usos do terreno como a agricultura ou pecuária, já que os actuais aerogeradores têm dezenas de metros de altura. O grande potencial eólico no mundo aliado com a possibilidade de gerar energia em larga escala torna esta fonte a grande alternativa para diversificar a matriz energética do planeta e reduzir a dependência ao petróleo. Em 2011 na União européia ela já representa 6,3% da matriz energética, e no mundo mais de 3,0% de toda a energia elétrica. Finalmente, com a tendência de redução nos custo de produção de energia eólica, e com o aumento da escala de produção, deve se tornar uma das fontes de energia mais barata.

No entanto, apesar de todos os pontos positivos, é preciso se não forem feitos estudos de mapeamento, medição e previsão dos ventos, ela não é uma fonte de energia confiável.

Quanto ao impacto visual, gera poluição visual devido à alteração da paisagem do local, não que as demais fontes não alterem, como para alguns as pás dos geradores é uma poluição visual, para outros pode ser considerado um atractivo turístico como uma bela alternativa às demais fontes de energia. Em relação à poluição sonora, apesar de não ter pesquisas conclusivas indicando impacto na fauna, deve-se ter cuidado para evitar instalação em corredores de migração de aves ou habitats de reprodução de animais silvestres, e se preciso utilizar linhas de transmissão subterrâneas. Como qualquer maquina, também exige manutenção interna dos aerogeradores que deve ser realizada de forma preventiva e constante. A maior desvantagem é a não regularidade da geração (ou intermitência da geração), pois a geração depende do vento que não são sempre constantes, e nem sempre há vento quando a electricidade é necessária. Deste modo, como a disponibilidade de energia diária varia de um dia para outro, a geração eólica pode ser menos confiável que as fontes convencionais. Devendo ser alternativa complementar e não substituta na matriz energética.

3., EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA

A corrente eléctrica tem cinco efeitos principais: fisiológico, térmico (ou Joule), químico, magnético e luminoso.

3.1- Efeito fisiológico

O efeito fisiológico corresponde à passagem da corrente eléctrica por organismos vivos. A corrente eléctrica age directamente no sistema nervoso, provocando contracções musculares; quando isso ocorre, dizemos que houve um choque eléctrico. Entretanto, com uma corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controlo dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contacto. O valor mortal está compreendido entre 10 m e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, a corrente, atravessado o tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo. Modificado o ritmo, o coração pára de bombear sangue pelo corpo e a morte pode ocorrer em poucos segundos. Se a intensidade for ainda mais alta, a corrente pode paralisar completamente o coração. Este se contrai o mais possível e mantém-se assim enquanto passar a corrente. Interrompida a corrente, geralmente o coração relaxa e pode começar a bater novamente, como se nada tivesse acontecido. Todavia, paralisado o coração, paralisa- se também a circulação sangüínea, e uma pequena interrupção dessa circulação pode provocar danos cerebrais irreversíveis.

3.2- Efeito térmico

O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos electrões livres contra os átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quando maior for a vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessas condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito é muito aplicado nos aquecedores em geral, como o chuveiro. Em um chuveiro, a passagem da corrente eléctrica pela "resistência" provoca o efeito térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente eléctrica. Nos condutores se processa a transformação da energia eléctrica em energia térmica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores eléctricos, chuveiros eléctricos, secadores da cabelo, lâmpadas térmicas, etc.

3.3- Efeito químico:

O efeito químico corresponde a certas reacções químicas que ocorrem quando a corrente eléctrica atravessa as soluções electrolíticas. É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de matais (níquel acção, cremação, prateação, etc). Uma solução electrolítica sofre decomposição, quando é atravessada por uma corrente eléctrica. É a electrólise. Corresponde aos fenómenos eléctricos nas estruturas moleculares, objecto de estudo da electroquímica. A exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na electrólise.

3.4- Efeito magnético

O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direcção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente eléctrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.

Efeito luminoso

Também é um fenómeno eléctrico em nível molecular. A excitação electrónica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, determinadas condições, a passagem da corrente eléctrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos são aplicações desse efeito. Neles há transformação directa de energia eléctrica em energia luminosa.

Medição eléctrica

As medições eléctricas realizam-se com aparelhos especialmente desenhados segundo a natureza da corrente; isto é, se é alternada, contínua ou pulsante. Os instrumentos classificam-se pelos parâmetros de voltagem, tensão e intensidade.

Desta forma, podemos enunciar os instrumentos de medição como o Amperímetro ou unidade de intensidade de corrente. O Voltímetro como a unidade de tensão, o Ohmimetro como a unidade de resistência e os Multimetros como unidades de medição múltiplas.

O Amperímetro: É o instrumento que mede a intensidade da Corrente Eléctrica. Sua unidade de medida é o Ampere e seus Submúltiplos, o miliampere e o microampere. Os usos dependem do tipo de corrente, óssea, que quando meçamos Corrente Contínua, se usasse o amperímetro de bobina móvel e quando usemos Corrente Alternada, usaremos o electromagnético.

Uso do Amperímetro

ü É necessário ligá-lo em série com o circuito

ü Deve ser tido um aproximado de corrente a medir já que se é maior da escala do amperímetro, o pode danificar. Portanto, a corrente deve ser menor da escala do amperímetro

ü A cada instrumento tem marcado a posição em que deve ser utilizado: horizontal, vertical ou inclinada. Se não se seguem estas regras, as medidas não seriam do todo confiável e pode ser danado o eixo que suporta a agulha.

ü Todo instrumento deve ser inicialmente ajustado em zero.

ü As leituras tendem a ser mais exactas quando as medidas que se tomam estão intermédias à a escala do instrumento.

ü Nunca deve ser ligado um amperímetro com um circuito que este energizado.

O Voltímetro

É o instrumento que mede o valor da tensão. Sua unidade básica de medição é o Volt (V) com seus múltiplos: o Megavoltio (MV) e o Kilovoltio (KV) e sub.-múltiplos como o milivoltio (mV) e o micro volt. Existem Voltímetros que medem tensões contínuas chamados voltímetros de bobina móvel e de tensões alternadas, os electromagnéticos

Uso do Voltímetro

ü É necessário ligá-lo em paralelo com o circuito, tomando em conta a polaridade se é C.C.

ü Deve ser tido um aproximado de tensão a medir com o fim de usar o voltímetro apropriado

ü A cada instrumento tem marcado a posição em que deve ser utilizado: horizontal, vertical ou inclinada.

ü Todo instrumento deve ser inicialmente ajustado em zero.

O Ohmimetro:

É um arranjo dos circuitos do Voltímetro e do Amperímetro, mas com uma bateria e uma resistência. Dita resistência é a que ajusta em zero o instrumento na escala dos Ohmicos quando secortocircuitan os terminais. Neste caso, o voltímetro marca a queda de voltagem da bateria e se ajustamos a resistência variável, obteremos o zero na escala.

Uso do Ohmimetro

ü A resistência a medir não deve estar ligada a nenhuma fonte de tensão ou a nenhum outro elemento do circuito, pois causam medições inexactas.

ü Deve ser ajustado a zero para evitar medições erráticas graças à falta de carga da bateria. Neste caso, se deveria de mudar a mesma

ü Ao terminar de usá-lo, é mais seguro tirar a bateria que a deixar, pois ao deixar acendido o instrumento, a bateria pode ser descarregado totalmente.

O Multimetro analógico

É o instrumento que utiliza em seu funcionamento os parâmetros do amperímetro, o voltímetro e o Ohmimetro. As funções são selecionadas por médio de um comutador. Portanto todas as medidas de Uso e precaução são iguais e é multifuncional dependendo o tipo de corrente (C.C ou C.A.)

Segurança com energia eléctrica

ü O uso da energia eléctrica de forma segura e sem desperdício pode melhorar a qualidade de vida, preservar o meio ambiente e reduzir a conta de luz.

ü Ao fazer reparos nas instalações de sua casa, desligue os disjuntores ou a chave geral. Não ligue muitos aparelhos na mesma tomada, com benjamins. Isso pode provocar aquecimento nos fios, desperdiçando energia e podendo causar curtos-circuitos.

ü Nunca mexa no interior do televisor, mesmo que ele esteja desligado.

ü Nunca mexa em aparelhos com as mãos molhadas ou com os pés em lugares húmidos. Não coloque facas, garfos ou qualquer objecto de metal dentro de aparelhos eléctricos ligados.

ü Se tiver crianças em casa, não deixe que elas mexam em aparelhos eléctricos ligados ou que toquem em fios e tomadas.

ü Ao trocar a lâmpada, não toque na parte metálica.

ü Fios mal isolados na instalação podem provocar incêndio, além de desperdiçar energia.

ü Ao queimar um fusível, procure identificar a causa. Após solucionar o problema, substitua o fusível por outro de igual capacidade ou rearme o disjuntor

Se alguém levar um choque

ü Não toque na vítima, nem se aproxime dos fios caídos ou objetos em contato com eles, como cercas metálicas, portões de ferro ou varais de roupa.

ü Desligue imediatamente a electricidade. Se não for possível, interrompa o contacto da vítima com a corrente eléctrica, utilizando material não condutor seco (pedaço de pau, corda, borracha ou pano grosso). Nunca use objecto metálico, não toque directamente na vítima com as mãos e não utilize nada molhado, como por exemplo uma toalha húmida;

ü Se as roupas da vítima estiverem em chamas, deite-a no chão e cubra-a com um tecido bem grosso, para apagar o fogo. Outra opção é fazer a vítima rolar no chão. Não a deixe correr.

ü Verifique, então, se a vítima está consciente e respirando. Se a pessoa não acordar ou estiver com dificuldade para respirar, ligue para um serviço de emergência e procure ajuda médica

Curto circuito

O curto-circuito eléctrico ocorre quando há uma passagem elevada de corrente eléctrica em um circuito que não esteja preparado para receber tal carga. Um exemplo simples para esta situação é quando um fio metálico é colocado em uma tomada: o resultado é um curto-circuito que pode tanto de baixo nível ou como violento, com estrondos, explosões e faíscas.

O curto-circuito é um dos principais causadores de incêndios em instalações eléctricas mal construídas ou mal conservadas, que possuem constante movimentação eléctrica. Normalmente, erros de dimensionamento e fios desencapados são os maiores provocadores de curtos-circuitos em ambientes residenciais, comerciais e industriais.

Alguns cuidados para evitar o curto circuito

A instalação de fusíveis e de disjuntores em locais com corrente elétrica elevada é uma prática comum para evitar um curto-circuito em casas, apartamentos, lojas e indústrias. Os disjuntores merecem destaque por possuir papel importante na detecção de falhas na corrente elétrica, funcionando basicamente como interruptores automáticos que evitam curtos-circuitos. Os fusíveis, por sua vez, ficam inutilizáveis quando ocorre uma brusca interrupção, e devem ser trocados imediatamente. Um disjuntor pode ser religado automaticamente.

Uma maneira bem simples de evitar um curto-circuito é não sobrecarregar uma tomada. Ligar a televisão, o rádio, o computador, o carregador de celular e diversos outros aparelhos no mesmo ponto não é uma boa ideia, pois o risco de um curto-circuito aumenta consideravelmente e pode até mesmo danificar os dispositivos. Vale destacar que, mesmo com adaptadores e extensões, o risco ainda existe.

Uma boa dica é realizar manutenções periódicas de toda a parte eléctrica. Técnicos especializados podem identificar com facilidade os pontos sobrecarregados, falhas não perceptíveis, além de toda a fiação, tomadas desgastadas e as melhores soluções para resolver os problemas.

Referencias bibliográficas

http://www.tecnogerageradores.com.br/2014/12/entenda-o-que-e-um-curto-circuito-eletrico/